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高中物理电学实验练习题含详解答案讲义.doc

1、1图 10-5电学实验练习题例 1、用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下:待测电阻 Rx(约 100 );直流电流表(量程 010 mA、内阻 50 );直流电压表(量程 03 V、内阻 5 k); 直流电源(输出电压 4 V、内阻不计) ;滑动变阻器(015 、允许最大电流 1 A) ;开关 1 个,导线若干.根据器材的规格和实验要求画出实验电路图 .【解析】用伏安法测量电阻有两种连接方式,即电流表的内接法和外接法,由于 Rx ,故电流表应采用外接法.在控制电路中,v若采用变阻器的限流接法,当滑动变阻器阻值调至最大,通过负载的电流最小, Imin= =24 mA10 mA,此xARE时电流

2、仍超过电流表的量程,故滑动变阻器必须采用分压接法.如图 10-5 所示.例 2、在某校开展的科技活动中,为了要测出一个未知电阻的阻值 Rx,现有如下器材:读数不准的电流表 A、定值电阻 R0、电阻箱 R1、滑动变阻器 R2、单刀单掷开关 S1、单刀双掷开关 S2、电源和导线。画出实验电路图,并在图上标出你所选用器材的代码。写出主要的实验操作步骤。【解析】实验电路如右图所示(此法俗称”替代法” ) 。将 S2 与 Rx 相接,记下电流表指针所指位置。 将 S2 与 R1 相接,保持 R2不变,调节 R1 的阻值,使电流表的指针指在原位置上,记下 R1 的值,则RxR 1。例 3、用以下器材测量一

3、待测电阻 Rx 的阻值(900 1000):电源 E,具有一定内阻,电动势约为 9.0V;电压表 V1,量程为 1.5V,内阻r1750;电压表 V2,量程为 5V,内阻 r22500;滑动变阻器 R,最大阻值约为 100;)单刀单掷开关 K,导线若干。测量中要求电压表的读数不小于其量程的 1/3,试画出测量电阻 Rx 的一种实验电路原理图。【解析】如图所示(用已知内阻的电压表代替电流表)2例 4 用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材(代号)与规格如下:电流表 A1(量程 250mA,内阻 r1 为 5);标准电流表 A2(量程 300mA,内阻 r2约为 5) ;待测电阻 R1(阻值约为 1

4、00) ;滑动变阻器 R2(最大阻值 10) ;电源 E(电动势约为 10V,内阻 r 约为 1) ;单刀单掷开关 S,导线若干。要求方法简捷,并能测多组数据,画出实验电路原理图并标明每个器材的代号.需要直接测量的物理量是_,用测的量表示待测电阻 R1 的计算公式是R1_ 。【解析】实验电路图如图所示(用已知内阻的电流表代替电压表)。两电流表 A1、 A2 的读数为 I1、I 2 和电流表 A1 的内阻为 r1,待测电阻 R1 的阻值的计算公式是: 12rIR例 5 有一电阻 Rx,其阻值在 100200 之间,额定功率为 0.25W。要用伏安法较准确地测量它的阻值,实验器材有:安培表 A1,

5、量程为 50mA,R A1=100,安培表 A2,量程为 1A,R A2=20电压表 V1,量程为 5V,R V1=10k,电压表 V2,量程为 15V, RV2=30k 变阻器 R1,变阻范围 020 ,2A,变阻器 R2,变阻范围 01000,1A,9V 电源,电键,导线。实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是: 。 画出所用实验电路图。【解析】允许通过电阻中电流可能的最大值由: 得,RIP2。因为电阻可能为 200,所以通过被测电阻的电流的最大值可能mAII50321是 35mA,应用电流表的示数来控制通过电阻的电流,因此,电流表应选 A1。又因为,所以 。因为电阻可能为 100,所

6、以允许加在电阻两端的RUP2 VU1.721电压的最大值可能是 5V,应用电压表的示数来控制加在电阻两端的电压,因此电压表应选V1。因为 R1 R2,且 2A35mA, 所以应选变阻器 R1。因为 R1R x 所以滑动变阻器连接方式应选用分压电路。因为 , 所以应选用外接电路。实验所用电路如图所xVAR示3例 6(2000 年全国)从下表中选出适当的实验器材,设计一电路来测量电流表A1 的内阻 r1,要求方法简捷,有尽可能高的测量精度,并能测得多组数据。在虚线方框中画出电路图,标明所用器材的代号。器材(代号) 规 格电流表(A 1) 量程 10mA,内阻 r1 待测(约40)电流表(A 2)

7、量程 500A,内阻 r2=750电压表(V) 量程 10V,内阻 r3=10电阻(R 1) 阻值约 100,作保护电阻用滑动变阻器(R)总阻值约 50电池(E) 电动势 1.5V,内阻很小导线若干,电键 K若选测量数据中的一组来计算 r1,则所用的表达式为 r1=_,式中各符号的意义是_。【解析】如图所示(用已知内阻的电流表代替电压表)。 ,I 121r表示通过电流表 A1 的电流,I 2 表示通过电流表 A2 的电流,r 2 表示电流表 A2 的内阻。例 7(2006 年全国、)现要测量某一电压表 的内阻。给定的器材有:待测电压表 (量程 2V,内阻约 4k) ;电流表 (量程 1.2mA

8、,内阻约 500) ;直流电源 E(电动势约 2.4V,内阻不计) ;固定电阻 3 个:R1=4000,R 2=10000,R 3=15000;电键 S 及导线若干。要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。试从 3 个固定电阻中选用 1 个,与其它器材一起组成测量电路,并在虚线框内画出测量电路的原理图。 (要求电路中各器材用题中给定的符号标出。 )电路接通后,若电压表读数为 U,电流表读数为 I,则电压表内阻 RV =_。【解析】若直接将电压表与毫安表串联,因毫安表的量程过大(即两电表量程不匹配),故应将电压表与一定值电阻并联。实验电路如图所示,若选用电阻R1,则并联电阻 2000,电压表

9、读数并RVV mA 4U R 20001.921V,电流表读数mAEr并并 5024.I 0.00096A0.96mA0.6mA,R 1 符合A0.要求,同理可得 R2、R 3 不符合要求,故选 R1。电路接通后,通过 R1 的电流 I1 ,则通过电压表的电流为 I2II 1IU,所以电压表的内阻 RV 1RU2I1例 8(2006 年全国)现要测定一个额定电压 4V、额定功率 1.6W 的小灯泡(图中用 表示)的伏安特性曲线。要求所测电压范围为 0.1V4V 。现有器材:直流电源 E(电动势 4.5V,内阻不计) ,电压表 (量程 4.5V,内阻约为 4104) ,电流表 (量程 250mA

10、,内阻约为 2) ,电流表 (量程 500mA,内阻约为 1) ,滑动变阻器 R(最大阻值约为 30) ,电键 S,导线若干。如果既要满足测量要求,又要测量误差较小,应该选用的电流表是 ,下面两个电路应该选用的是 。【解析】在测量小灯泡的伏安曲线时,由于题目要求电压范围为 0.1V4V,因此滑动变阻器采用分压式接法。根据估算通过小灯泡的额定电流为 I=0.4A,因此电流表应该选用 。在伏安法测量过程中,由于临界电阻 大于小灯泡电阻,因此应该选择电流表外接法即选20VAR择甲电路进行测量。例 9、用右图所示的电路,测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小,为了防止在调节滑动变阻器时造成短路,

11、电路中用一个定值电阻 R0 起保护作用。除电池、开关和导线外,可供使用的实验器材还有:(a) 电流表(量程 0.6A、3A) ;(b) 电压表(量程 3V、15V)(c) 定值电阻(阻值 1 、额定功率 5W)(d) 定值电阻(阻值 10 ,额定功率 10W)(e) 滑动变阻器(阴值范围 0-10 、额定电流 2A)(f) 滑动变阻器(阻值范围 0-100 、额定电流 1A),那么(1)要正确完成实验,电压表的量程应选择 V,电流表的量程应选择 R1S EV mAVA2A1A25A; R0 应选择 的定值电阻,R 应选择阻值范围是 的滑动变阻器。(2)引起该实验系统误差的主要原因是 。(1)3

12、,0.6,1,010。 (2)由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小。解析:由于电源是一节干电池(1.5V) ,所选量程为 3V 的电压表;估算电流时,考虑到干电池的内阻一般几 左右,加上保护电阻,最大电流在 0.5A 左右,所以选量程为 0.6A 的电流表;由于电池内阻很小,所以保护电阻不宜太大,否则会使得电流表、电压表取值范围小,造成的误差大;滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了,取 010 能很好地控制电路中的电流和电压,若取 0100 会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。系统误差一般由测量工具和所造成测量方法造成的,一般具有倾向性,总是偏大或者偏小。本实

13、验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小,造成 E 测 E 真 , r 测 r 真 。例 10、某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻,实验室中有如下器材:A 待 测 干 电 池 B 电 流 表 G( 03mA, 内 电 阻r1=20)C 电 流 表 A( 00.6A, 内 电 阻 r2=0.20)D 滑 动 变 阻 器 甲 ( 最 大 阻 值 10)E 滑 动 变 阻 器 乙 ( 最 大 阻 值 100) F 定 值 电 阻 R1=100G 定 值 电 阻 R2=500 H 定 值 电 阻 R3=1.5k开关、导线。由于没有电压表,为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测

14、量。为了方便并能较准确测量,滑动变阻器应选 ,定值电阻应选用 。 (填写定值电阻前的序号) 若某次测量中电流表 G 的示数为 I1,电流表 A 的示数为 I2;改变滑动变阻器的位置后,电流表 G 的示数为 I1,电流表 A 的示数为 I2。则可知此电源的内电阻测量值为 r= ,电动势测量值为 E= 。【解析】 干电池的电动势和内阻的测量,一般需要电流表和电压表。由于题中没有电压表,故需要将电流表 G 改装为电压表,且改装后电压表的量程应该达到 1.5V,则总电阻为 ,故定值电阻应选用的序号为 G 的电阻,而.503VmA滑动变阻器应选用阻 值 较 小 的 D;在两次测量过程中,通过电源的电流是

15、两只电表的电流之和,则根据全电路欧姆定律有 ,1212()()EIRrIr122()()EIRrIr解之,得 , 21121rII 21121II【例 11】某研究性学习小组为了制作一种传感器,需要选用一电器元件。图为该电器元件的伏安特性曲线,有同学对其提出质疑,先需进一步验证该伏安特性6曲线,实验室备有下列器材:器材(代号) 规格 电流表(A 1)电流表(A 2)电压表(V 1)电压表(V 2)滑动变阻器(R 1)滑动变阻器(R 2)直流电源(E)开关(S)导线若干量程 050mA,内阻约为 50量程 0200mA,内阻约为 10量程 03V,内阻约为 10k量程 015V,内阻约为 25k

16、阻值范围 015 ,允许最大电流1A阻值范围 01k ,允许最大电流100mA输出电压 6V,内阻不计为提高实验结果的准确程度,电流表应选用 ;电压表应选用 ;滑动变阻器应选用 。 (以上均填器材代号)为达到上述目的,请在虚线框内画出正确的实验电路原理图,并标明所用器材的代号。若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合,请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点?相同点: ,不同点: 。解析:图像中电流 00.14A,电流表选 A2;电源电压 6V,但图像只要求电压在 03V 之间调整,为了测量准确电压表选 V1;由于绘制图像的需要,要求电压从 03V 之间调整,所以滑动变阻器只

17、能采用分压式接法,为了能很好调节电压,滑动变阻器应选用阻值较小的R1。7该元件约几十 , AVR,电压表的分流作用可以忽略,所以采用电流表外接法;实验数据的采集要求从零开始,所以滑动变阻器采用分压式接法。从图像的形状和斜率变化趋势上去找相同点和不同点,突出都是“非线性” ,图像上某点与原点连线的斜率是电阻的倒数。【例 12】某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势 E 和内电阻 r,但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为 9.999,当标准电阻用) 一只电流表(量程 RI=0.6A,内阻0.1gr)和若干导线。请根据测定电动势 E 内电阻 r的要求

18、,设计图 4 中器件的连接方式,画线把它们连接起来。接通开关,逐次改变电阻箱的阻值 R,读处与 对应的电流表的示数 I,并作记录当电阻箱的阻值 2.6R时,其对应的电流表的示数如图 5 所示。处理实验数据时。首先计算出每个电流值 I 的倒数 1I;再制作 R- 1I坐标图,如图 6 所示,图中已标注出了( ,)的几个与测量对应的坐标点,请你将与图5 实验数据对应的坐标点也标注在图 6 中上。在图 6 上把描绘出的坐标点练成图线。根据图 6 描绘出的图线可得出这个电池的电动势 E= V,内电阻 r 解析:根据闭合电路欧姆定律,测量电源的电动势和内电阻,需要得到电源的路端电压和通过电源的电流,在本

19、实验中没有电压表,但是可以用电阻箱和电流表串联充当电压表,测量电源的路端电压,通过电流表的电流也是通过电源的电流,所以只需要将电流表和电阻箱串联接在电源两端即可。实物图的连接如答图 4 所示。由闭合电路欧姆定律有:E =I(R+r+r g) ,解得:,根据 R-1/I 图线可知:电源的电动势等于图线的斜率,内)(1grIR8阻为纵轴负方向的截距减去电流表的内阻。答案: 见答图 4 见答图 6 见答图 6 1.5(1.461.54) ;0.3(0.250.35)【例 13】某同学为了较精确的测量一阻值约为 20 的电阻 Rx 的阻值.在以下备选器材中电流表应选_,电压表应选_,变阻器应选_.(只

20、填写器材对应的字母代号)电源 E(电动势 3 V、内阻可忽略不计)电流表 A1(量程 50 mA,内阻约 12);电流表 A2(量程 3 A, 内阻约 0.12 );电压表 V1(量程 3 V,内阻约 3 k),电压表 V2(量程 15 V,内阻约 15 k);滑动变阻器 R1(010 ,允许最大电流 2.0 A);滑动变阻器 R2(01000 ,允许最大电流 0.5 A); 定值电阻R(30,允许最大电流 1.0A);开关及导线若干请在方框中画出实验电路图(要求直接测量量的变化范围尽可能大一些,所选器材用对应符号标出) 。若某次测量中,电压表读数为 U,电流表读数为 I,则计算待测电阻的阻值

21、表达式为 Rx_。【解析】测量电阻的阻值一般利用伏安法,电压表显然应选量程为3 V 的 V1;根据欧姆定律容易求得电路中的最大电流,显然超过了电流表 A1 50 mA 的量程,但电流表 150xEImARA2 的量程又太大,故我们可以将定值电阻 R(30)与待测电阻 Rx 相串联,此时电路中的最大电流 ,利用电流表 A1 测量电流即可。由于60xEImR要求直接测量量的变化范围尽可能大一些,故只能采用分压电路,且滑动变阻器使用电阻较小的 R1。最后我们确定电流表的解法:由于此时电路的临界电阻,则应该利用电流表的外接法。由此得到02390AxVRk实验电路图如图所示,当电压表读数为 U,电流表读

22、数为 I,则计算待测电阻的阻值表达式 .xUI【例 14】从下表中选取出适当的实验器材,设计一电路来测量电流表 A1的内阻r1,画在下面的方框中,要求方法简捷,有尽可能高的精确度,并能测出多组数据。器材(代号) 规格电流表(A 1) 量程 10mA,内阻 r1待测(约40)电流表(A 2) 量程 500A,内阻 r2=750电压表(V) 量程 10V,内阻 r3=10k电阻(R 1) 阻值约 100,作保护电阻用滑动变阻器(R 2) 总阻值约 50电池(E) 电动势 1.5V,内阻很小9电键(S)导线若干【解析】要测量电流表 A1 的内阻,按常规思想应用伏安法,将电压表并联在待测电流表两端,但

23、根据本题所提供的仪器,我们可以首先肯定,在本实验中不可能用到电压表,因为电源的电动势只有 1.5V,而电压表的量程为 10V,最多不到满偏的 1/6,用它来读数误差太大,因此该实验能用到的电表只可能用两块电流表。两块电流表有可能串联,也有可能并联,但题目中电流表 A2的内阻 r2已知,因此将两电流表并联,根据并联规律 I1r1=I2r2可求出电流表 A1的内阻 r1= 。I加在电流表两端的电压最大值 Um=Imr2=0.375V,而滑动变阻的最大阻值只有50,如果将滑动变阻器接成限流,会超过电流表的量程,将它们烧坏。如果仅仅将滑动变阻器接成分压,滑动变阻器可调节的范围很小,只有全长的1/4,这

24、样测量的次数比较少。故应将定值电阻 R1接在干路上用作限流,电路图如图所示。【例 15】现有器材:量程为 10.0mA、内阻约 30 -40 的电流表一个,定值电阻 R1=150 ,定值电阻 R2=100 ,单刀单掷开关 K,导线若干。要求利用这些器材测量一干电池(电动势约 1.5V)的电动势。(1)按要求在实物图上连线。(2)用已知量和直接测得量表示的待测电动势的表达式为 E= ,式中各直接测得量的意义是: .【解析】根据提供的器材,可任取一个定值电阻与电流表、干电池、开关接成一个串联电路,用欧姆定律建立方程组进行测量。但在本题中,电流表量程为 10.0mA,干电池的电动势约为 1.5V,如

25、果把定值电阻 R1与电流表、干电池、开关接成一个串联电路,则回路中总电阻约为 180 ,回路中电流约为1.5V /180 =8.3mA,而如果把定值电阻 R2与电流表、干电池、开关接成一个串联电路, ,则回路中总电阻约为 130 ,回路中电流约为1.5V /130 =11.5mA,显然,该电流已超过电流表的量程。考虑到实验的可行性,此时用定值电阻 R2与 R1串联即可,故有如下解答:(1)连图:左图只用 R1接入电路;右图用 R1和 R2串联接入电路。(连线如图) (2)设 I1是外电阻为 R1时的电流,I 2是外电阻为 R1和 R2串联时的电流,则有10, 解之,可解得干电池电动势为:1AE

26、IRr212AEIRr. 12I【例 17】某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻,实验室中有如下器材:A 待 测 干 电 池 B 电 流 表 G( 03mA, 内 电 阻 r1=20)C 电 流 表 A( 00.6A, 内 电 阻 r2=0.20)D 滑 动 变 阻 器 甲 ( 最 大 阻 值 10)E 滑 动 变 阻 器 乙 ( 最 大 阻 值 100) F 定 值 电 阻 R1=100G 定 值 电 阻 R2=500 H 定 值 电 阻 R3=1.5k开关、导线。由于没有电压表,为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测量。为了方便并能较准确测量,滑动变阻器应选 ,定值电阻应选用

27、。 (填写定值电阻前的序号) 若某次测量中电流表 G 的示数为 I1,电流表 A 的示数为 I2;改变滑动变阻器的位置后,电流表 G 的示数为 I1,电流表 A 的示数为 I2。则可知此电源的内电阻测量值为 r= ,电动势测量值为 E= 。【解析】 干电池的电动势和内阻的测量,一般需要电流表和电压表。由于题中没有电压表,故需要将电流表 G 改装为电压表,且改装后电压表的量程应该达到 1.5V,则总电阻为 ,故定值电阻应选用的序号为 G 的电阻,而.503VmA滑动变阻器应选用阻 值 较 小 的 D;在两次测量过程中,通过电源的电流是两只电表的电流之和,则根据全电路欧姆定律有 ,1212()()EIRrIr122()()EIRrIr解之,得 , .21121rII 21121II【例18】小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象,用实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压):(1)在左下框中画出实验电路图. 可用的器材有:电压表、电流表、滑线变阻器(变化范围0-10) 、电源、小灯泡、电键、导线若干.(2)在右图中画出小灯泡的U-I曲线.RAR 滑G

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